鋼・コンクリート接触面の付着性状に及ぼす支圧負荷方法の影響
宇都宮大学 学生員 ○西村 美也子 宇都宮大学 正会員 中島 章典 宇都宮大学 正会員 斉木 功 トピー工業 大江 浩一
1.
はじめに鋼・コンクリート複合構造においてその性能を十分に 発揮するためには，鋼とコンクリートの接触面が付着に より一体化されなければならない．これまで，鋼とコン クリート接触面の付着性状に関するものとしてさまざま
な研究1)−3)がなされているが，異なる支圧負荷方法下
における本田ら1)と藤澤ら2)の研究では，大きく異なる 付着性状の結果を得た．
そこで本研究では，その原因を確認するために，異な る支圧負荷方法下での実験を行ない，鋼・コンクリート 接触面の付着性状を再度検討する．
2.
実験概要(1) 試験体
a) 外部支圧試験体(穴なし)
図–1に示すような2つのコンクリートブロックと鋼 板からなる要素試験体を，4つの穴の開いた鋼板2枚 で外側から挟み，その穴にねじ切り加工した丸鋼棒を通 し締めることよって支圧力を与えた．支圧力はロードセ ルにより測定した．また，丸鋼棒をトルクレンチを用い て等しいトルクの力で締めることで，4本それぞれに同 等な軸力が導入されるようにした．
以下，このような試験体をOと表記する．
b) 内部支圧試験体
図–2に示すような2つのコンクリートブロックと3 枚の鋼板からなる要素試験体内に，あらかじめ4つの穴 を開けておき，そこに端部ねじ切り加工した丸鋼棒を通 し締めることで支圧力を与えた．丸鋼棒にひずみゲージ を貼付し，支圧力を測定した．各4本に等しいひずみが 発生していることを確認しながら支圧力を載荷した．
以下，このような試験体をIと表記する．
c) 外部支圧試験体(穴あり)
この試験体は，支圧載荷方法および支圧力測定方法は 図–1に示す試験体Oと同様であるが，試験体には試験 体Iと同じ4つの穴を開けている．これは，鋼板の穴が 付着性状に及ぼす影響を確認するために作成した．
以下，このような試験体をOIと表記する．
また，試験体に用いたコンクリートの圧縮強度，弾性 係数はそれぞれ31.1N/mm2，35.9kN/mm2である．
(2) 支圧力
支圧力は，シリーズOが0.04，0.2，0.5，1.0，1.5 N/mm2の5パターン，シリーズIとシリーズOIはそ れぞれ0.2，0.5，1.0N/mm2の3パターンとした．
Key Words: 鋼・コンクリート複合構造, 支圧負荷方法, 付着性状,要素試験
〒321-8585栃木県宇都宮市陽東7-1-2宇都宮大学工学部建設学科Tel.028-689-6210 Fax.028-689-6210 図–1 試験体O
図–2 試験体I (3) 試験方法
載荷フレームに試験体を設置し，中央鋼板上部より載 荷板を介して油圧ジャッキにより荷重を載荷した．
試験中には，中央鋼板への載荷荷重および高感度変位 計により中央鋼板とコンクリートとの鉛直方向相対ずれ を，試験体前後面において計2箇所計測した．
また，鋼とコンクリート接触面に感圧紙（プレスケー ル）を設置し，接触面内における支圧力分布試験を行 なった．そして試験体に支圧力のみを載荷し，試験体を 分解した後シートを取り出し支圧力分布を測定した．
3.
実験結果および考察載荷荷重を縦軸に，コンクリートと鋼板の相対ずれを 横軸に表した図を各試験体形状別に図–3に示す．図中 の数字は，それぞれ支圧力の値を示す．どれも支圧力が 大きくなると最大せん断力も大きくなる傾向にあるが，
各シリーズにおける支圧力増加に伴う最大荷重の増加量 は試験体形状により異なっていることがわかる．
載荷荷重を支圧面積で除して算出したせん断応力を縦 軸に，コンクリートと鋼板の相対ずれを横軸に表した図 を各支圧力別に図–4に示す．なお，同図中に本田ら1)
0 0.1 0.2 0
50 100 150
1.5
1.0 0.5 0.2 0.0
荷重 (kN)
相対ずれ (mm)
図–3-a シリーズO
0 0.1 0.2
0 50 100 150
1.0
0.5
0.2
荷重 (kN)
相対ずれ (mm)
図–3-b シリーズI
0 0.1 0.2
0 50 100 150
1.0 0.5
0.2
荷重 (kN)
相対ずれ (mm)
図–3-c シリーズOI 図–3 各試験体形状別の荷重と相対ずれの関係
0 0.1 0.2
0 0.5
相対ずれ (mm) せん断応力 (N/mm2)
O I OI
文献 1) 文献 2)
図–4-a 支圧力0.2N/mm2
0 0.1 0.2
0 0.5 1
相対ずれ (mm) せん断応力 (N/mm2 )
O I OI
文献 1) 文献2)
図–4-b 支圧力0.5N/mm2
0 0.1 0.2
0 1 2
相対ずれ (mm) せん断応力 (N/mm2 )
O I OI
文献 1) 文献 2)
図–4-c 支圧力1.0N/mm2 図–4 各支圧力別のせん断応力と相対ずれの関係
と藤澤ら2)の研究の結果も加えた．本田ら1)の試験体は 内部載荷試験体で，藤澤ら2)の試験体は外部支圧試験体 である．支圧力分布試験より，高い支圧を受ける試験体 では，鋼とコンクリートの接触面内においてほぼ一様な 支圧力分布が認められた．しかし，支圧力0.2N/mm2 のような低い支圧を受ける試験体では，支圧力分布が面 内の左右どちらかに片寄る傾向にあることがわかった．
図–4-aより，OIはOやIと比較して低い最大せん断 応力を示すことがわかる．この支圧力0.2N/mm2のOI の荷重載荷時，荷重増加とともに2つの変位計のずれは 異なる値を示した．これは，支圧分布に大きな片寄りが あり，その影響で中央鋼板のずれが奥行き方向におい て一定にならず，これが最大せん断応力低下につながっ たと考えられる．また，図–4-cにおいて，OIがOや Iと比較して低い最大せん断応力を示しているのは，荷 重載荷前に中央鋼板とコンクリートが剥離し，鋼とコン クリート間に自然付着がなくなったためである．
最大せん断応力を縦軸に，支圧力を横軸に表した図を 図–5に示す．図中には，本田ら1)と藤澤ら2)の研究の 結果を加え，それぞれの最小二乗近似線も示した．各シ リーズにおいて，支圧力と最大せん断応力間にほぼ線形 関係が成り立つが，シリーズOIでは，線形関係は見ら れない．これは，前述のとおり支圧力分布の片寄り，鋼 とコンクリートの剥離によるものだと考えられる．最小 二乗近似線より摩擦係数を算出すると，シリーズO， I，OIは，それぞれ1.32，1.85，0.60となった．また，
本田ら1)および藤澤ら2)の結果の摩擦係数は，それぞれ 0.95，0.73であった．シリーズOとシリーズIの摩擦 係数を比較すると，シリーズIの方が大きい値である．
0 1 2
0 1 2
支圧力 (N/mm2) 最大せん断応力 (N/mm2 )
文献 1) 文献 2) O
I OI
図–5 最大せん断応力と支圧力の関係
同様に，本田ら1)と藤澤ら2)を比較すると，藤澤ら2)の 摩擦係数の方が大きい．これらより内部支圧試験体の方 が外部支圧試験体よりも高い摩擦係数を有することがわ かる．この理由については今後，検討していきたい．
4.
おわりに今回の結果は，本田ら1)や藤澤ら2)が得た最大せん断 応力より大きい値を示す傾向にある．この相違が，載荷 試験機の違いによるものか確認するため，また最大荷重 到達後の劣化性状を詳細に調べるため，本田ら1)や藤澤 ら2)と同一の試験機で再度試験を行い，さらに考察を進 めていく予定である．
参考文献1) 本田ら: 鋼とコンクリートの接触面の付着性状, 第29回 関東支部技術発表会講演概要集, pp.122-123, 2002.3.
2) 藤澤ら: 鋼・コンクリートの接触面の付着に及ぼす支圧 やスタッドの影響に関する検討,第30回関東支部技術発 表会講演概要集, 2003.3.
3) 大垣ら: 鋼・コンクリート合成構造界面の付着および防 食性能向上に関する研究, 第5回複合構造の活用に関す るシンポジウム講演論文集, pp.211-216, 2003.11.
